آلومینیوم، فلزی است که به دلیل ویژگی‌هایی مانند وزن کم، مقاومت بالا در برابر خوردگی و قابلیت بازیافت، جایگاه ویژه‌ای در صنایع مختلف در سراسر جهان دارد.
تولید پروفیل آلومینیوم که از استخراج بوکسیت شروع شده و در پردازش پایان می‌یابد، یکی از صنایع پایه محسوب می‌گردد که مواد خام بسیاری از صنایع از ساخت قطعات هواپیما و خودرو گرفته تا تولید لوازم خانگی و بسته‌بندی مواد غذایی را فراهم می‌سازد.
در این مقاله، مراحل تولید آلومینیوم و فناوری‌های نوین مرتبط با آن را با تمرکز بر تولید آلومینیوم در ایران بررسی خواهیم کرد.
"*" indicates required fields
اولین مرحله در تولید پروفیل آلومینیوم، تولید آلومینیوم خام است که در آن این فلز از سنگ معدنی بوکسیت استخراج می‌شود. در ادامه، مراحل تولید آلومینیوم خام را نام می‌بریم و توضیح می‌دهیم.
این مراحل با دقت و بهره‌گیری از فناوری‌های پیشرفته انجام می‌شود تا فلز آلومینیوم با خلوص بالا به دست آید.
در این روش، آلومینیوم به‌صورت بلوک یا بیلت حرارت داده شده و از داخل یک قالب، با فشار بالا عبور داده می‌شود. این فرآیند آلومینیوم را به شکل‌های گوناگون و مقاطع مختلف تبدیل میکند. اکستروژن به دلیل انعطاف‌پذیری بالا و امکان تولید مقاطع پیچیده و یکپارچه، برای تولید پروفیل‌های ساختمانی و صنعتی استفاده می‌شود. با کنترل دما و سرعت، کیفیت و خواص مکانیکی محصولات نهایی قابل بهبود است.
در این روش، آلومینیوم به‌صورت ورق یا نوارهای باریک تولید می‌شود. ابتدا آلومینیوم مذاب ریخته‌گری شده و سپس به‌صورت گرم (نورد گرم) یا سرد (نورد سرد) از میان غلطک‌های سنگین عبور میکند. این فرآیند باعث کاهش ضخامت و افزایش طول ورق‌ها می‌شود و برای تولید ورق‌های آلومینیوم، فویل‌ها و نوارهای آلومینیومی مناسب است. روش رولی به دلیل سرعت بالا و هزینه کم، در صنایع بسته‌بندی و ساختمانی کاربرد فراوان دارد. بااین‌حال باید در نظر بگیرید که آلومینیوم رولی به‌روش نورد سرد و گرم، هرکدام خواص خاص خود را دارند.
این روش شامل ریختن آلومینیوم مذاب در قالب‌های از پیش آماده شده است. ریخته‌گری می‌تواند به دو صورت قالب دائم (مثل دایکست) یا ماسه‌ای انجام شود. این روش برای تولید قطعات پیچیده و بزرگ مناسب است و در صنایعی مانند خودروسازی، هوافضا و تجهیزات صنعتی به‌کار می‌رود. ریخته‌گری به دلیل قابلیت تولید اشکال پیچیده با جزئیات بالا، یکی از رایج‌ترین روش‌ها در پردازش و تولید آلومینیوم محسوب می‌شود.
در ادامه یک جدول خلاصه برای استفاده در سایت تهیه شده است:
| روش پردازش | توضیح مختصر | مزایا | کاربردها |
|---|---|---|---|
| اکستروژن (Extrusion) | تبدیل آلومینیوم گرم به مقاطع پیچیده از طریق عبور از قالب با فشار بالا | تولید پروفیل‌های مقاوم و شکل‌دهی به مقاطع متنوع | صنایع ساختمانی، تولید پروفیل‌های صنعتی |
| رولینگ (Rolling) | نورد آلومینیوم به صورت ورق و نوار با عبور از غلطک‌های سنگین | کاهش ضخامت و افزایش طول با هزینه کمتر و سرعت بالا | تولید ورق، فویل و نوارهای آلومینیومی برای بسته‌بندی و ساختمان |
| ریخته‌گری (Casting) | ریختن آلومینیوم مذاب در قالب‌های دائمی یا ماسه‌ای برای ساخت قطعات پیچیده | تولید قطعات بزرگ با اشکال پیچیده و دقت بالا | صنایع خودروسازی، هوافضا و تجهیزات صنعتی |
صنعت آلومینیوم در ایران به‌عنوان یکی از مهم‌ترین صنایع استراتژیک، نقش ویژه‌ای در رشد اقتصادی و تولید شغل دارد. آلومینیوم، به‌عنوان دومین فلز پرکاربرد جهان، به دلیل ویژگی‌هایی مانند سبکی، چکش‌خواری و مقاومت در برابر زنگ‌زدگی، کاربردهای متنوعی در صنایع خودروسازی، ساختمان‌سازی، و هوافضای ایران دارد. ایران به‌واسطه دسترسی به ذخایر غنی انرژی، از موقعیت خوبی برای توسعه این صنعت بهره‌مند است و تا حد زیادی نیازهای خود را تامین میکند. در ادامه مراحل و روش‌های تولید آلومینیوم در ایران را بررسی می‌کنیم.
مراحل تولید آلومینیوم در ایران ممکن است از یک کارخانه به کارخانه دیگر متفاوت باشد. با این حال، مراحل اصلی به‌شرح زیر است:
در این روش که در قسمت قبلی مقاله درباره آن توضیح دادیم، آلومینیوم از سنگ بوکسیت و در مراحل خاصی تولید می‌شود.
الکترولیز آلومینیوم فرایندی الکتروشیمیایی است که در آن آلومینا (اکسید آلومینیوم) با استفاده از جریان الکتریکی به آلومینیوم خالص و اکسیژن تجزیه می‌شود. هدف اصلی الکترولیز آلومینیوم، تولید فلز آلومینیوم خالص برای استفاده در صنایع مختلفی مانند خودروسازی، هوافضا و ساختمان‌سازی است؛ زیرا این فلز سبک، مقاوم در برابر خوردگی و قابل بازیافت است.
فرایندهای مختلف الکترولیز آلومینیوم شامل مورد زیر است:
در این روش، آلومینیوم خالص از طریق الکترولیز کلرید آلومینیوم (AlCl₃) به دست می‌آید. این فرآیند که توسط شیمیدان آلمانی فردریش وهلر در سال ۱۸۲۷ میلادی کشف شد، شامل تجزیه کلرید آلومینیوم در حضور پتاسیم بود. بعداً، فردی به نام دویل پتاسیم را با سدیم جایگزین کرد که امکان تولید در مقیاس محدود را فراهم می‌ساخت. این فرآیند بسیار پرهزینه بود، که باعث شد آلومینیوم به فلزی گران‌بها و باارزش مانند طلا و نقره تبدیل شود.
در این روش، اکسید آلومینیوم (Al₂O₃) توسط کربن در دمایی بالاتر از نقطه ذوب خود احیا می‌شود. این واکنش در یک کوره قوس الکتریکی انجام می‌شود و به دلیل احیای Al₂O₃، مقدار کمی کربن در آلومینیوم تولیدشده باقی می‌ماند. این روش به‌ویژه برای تولید سریع آلومینیوم کاربرد دارد، اما محصول حاصل، اغلب حاوی ناخالصی‌های کربنی است و به دلیل مصرف انرژی زیاد، کمتر رایج است.
در سال ۱۸۸۶، چارلز هال و پال هرولت به‌طور مستقل روشی برای الکترولیز آلومینا در کریولیت مذاب (Na₃AlF₆) ارائه کردند. در این روش، آلومینا در کریولیت حل شده و در اثر الکترولیز به آلومینیوم مذاب تجزیه می‌شود. این روش همچنان اصلی‌ترین و اقتصادی‌ترین روش تولید آلومینیوم در جهان است؛ اگرچه مصرف انرژی بالایی دارد و هزینه نهایی تولید آلومینیوم را افزایش می‌دهد.
در تولید آلومینیوم، مراحل و روش‌های متفاوتی برای استخراج و تصفیه این فلز به کار می‌روند که می‌توانند به کاهش هزینه‌ها و افزایش بهره‌وری کمک کنند. با وجود استفاده گسترده از روش هال-هرولت به دلیل قابلیت تولید در مقیاس بزرگ، فناوری‌های جدیدتری برای کاهش مصرف انرژی و افزایش بهره‌وری در دست بررسی هستند. برای نمونه، روش‌های بازیافت آلومینیوم بازیافتی از ضایعات صنعتی و مصرفی، که به دلیل مصرف انرژی کمتر و کاهش آلاینده‌ها بسیار مورد توجه قرار گرفته است، می‌تواند آینده تولید این فلز را متحول کند.
این رویکرد به کشورها اجازه می‌دهد که علاوه‌بر کاهش هزینه‌ها، از منابع انرژی بیشتری بهره بگیرند و فرآیندهای تولید را پایدارتر کنند.
در ادامه تولید و مراحل پالایش آلومینا را بررسی می‌کنیم.
روش بایر به‌عنوان اصلی‌ترین فرایند استخراج آلومینا از بوکسیت شناخته می‌شود. در این روش، ابتدا بوکسیت با محلول هیدروکسید سدیم واکنش داده و آلومینیوم به‌صورت آلومینات سدیم حل می‌شود. سپس ناخالصی‌ها از ترکیب جدا می‌شوند و محلول به‌شکل جامد آلومینا ته‌نشین می‌گردد. این فرآیند با شست‌وشو و خشک‌کردن ادامه می‌یابد تا آلومینای خالص حاصل شود. روش بایر به دلیل بازدهی بالا و توانایی پردازش انواع مختلف بوکسیت، به‌عنوان روشی اقتصادی و کاربردی شناخته می‌شود.
اکسید آلومینیوم (Al₂O₃) با نام آلومینا شناخته می‌شود، اما این ماده صرفاً برای تولید آلومینیوم به کار نمی‌رود. آلومینا به‌عنوان یک ماده سرامیکی نیز کاربردهای فراوانی دارد و به دلیل مقاومت بالا در برابر حرارت، ساییدگی و خواص دی‌الکتریک در صنایع مختلفی از جمله ساخت سرامیک‌ها، ابزارهای برش، و به‌عنوان عایق الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
آلومینا، به‌ویژه در فرم‌های کریستالی خود مانند یاقوت و یاقوت کبود، می‌تواند درخشش خاصی داشته باشد. این مواد به دلیل شفافیت و سختی بالا در جواهرسازی نیز به کار می‌روند. آلومینای خالص و بی‌رنگ که به‌صورت صنعتی تولید می‌شود، یکی از مواد اولیه در ساخت لیزر و سایر ابزارهای اپتیکی است، که در آن‌ها کیفیت شفافیت و سختی بسیار مورد نیاز است.
در ادامه موارد مهم درباره دوب آلومینیوم را بررسی می‌کنیم.
آلومینیوم اولیه به فلزی گفته می‌شود که از مواد خام استخراج شده و مستقیماً از فرآیند الکترولیز به دست می‌آید. این نوع آلومینیوم در صنایع مختلفی مانند خودروسازی، هوافضا و تولید لوازم خانگی استفاده می‌شود، چراکه خواص خلوص بالا و استحکام مناسب دارد. آلومینیوم اولیه از فرایند خالص‌سازی بوکسیت به آلومینا، و سپس از ذوب و کاهش الکترولیتی به دست می‌آید.
فرآیند هال-هرو که در دهه 1880 توسط چارلز هال و پال هرو به‌طور مستقل کشف شد، روشی استاندارد و پرکاربرد برای تولید آلومینیوم است. در این روش، آلومینا در کریولیت مذاب حل شده و سپس جریان برق از میان این محلول عبور میکند تا یون‌های آلومینیوم جدا شده و در کف سلول به‌صورت آلومینیوم مذاب رسوب کنند. این روش همچنان به‌عنوان اصلی‌ترین روش تولید آلومینیوم اولیه مورد استفاده قرار می‌گیرد.
برق نقشی اساسی در فرآیند تولید آلومینیوم دارد، به‌طوری که حدود 30 تا 40 درصد هزینه‌های تولید را تشکیل می‌دهد. انرژی الکتریکی در فرآیند هال-هرو، برای ایجاد جریان لازم به‌منظور جداسازی آلومینیوم از اکسید آلومینیوم استفاده می‌شود. به‌همین دلیل، کارخانه‌های تولید آلومینیوم عمدتاً در مناطقی با دسترسی به منابع برق ارزان و پایدار واقع شده‌اند تا هزینه‌های تولید کاهش یابد و بهره‌وری بهبود یابد.
تولید آلومینیوم شامل مراحلی مختلفی از استخراج بوکسیت تا تولید پروفیل آلومینیوم است. ابتدا بوکسیت استخراج و خرد می‌شود، سپس با سدیم هیدروکسید ترکیب شده و به آلومینات سدیم تبدیل می‌گردد. پس از فیلتر کردن ناخالصی‌ها، آلومینا رسوب میکند و در کوره به اکسید آلومینیوم تبدیل می‌شود. سپس، آلومینا در فرایند الکترولیز به آلومینیوم خالص تبدیل می‌شود.
این آلومینیوم خالص، در فرآیندهای اکستروژن، رولینگ یا ریخته‌گری به شکل پروفیل‌ها و محصولات مختلف شکل می‌گیرد.
در ایران، آلومینیوم از بوکسیت و ضایعات تولید می‌شود، که رویکرد دوم به دلیل مصرف انرژی کمتر محبوب است. روش‌های مختلف مانند هال-هرولت نیز برای الکترولیز به کار می‌روند. روش‌های جدید برای کاهش هزینه و بهینه‌سازی مصرف انرژی در حال توسعه هستند و بازیافت، جایگاه ویژه‌ای در این صنعت یافته است.
"*" indicates required fields
پروفیل‌های آلومینیومی با کیفیت جهانی از برند جهان آذر
جهت استعلام قیمت و دریافت مشاوره، با ما تماس بگیرید.
برای عضویت در خبرنامه ما
